本發(fā)明涉及一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料摩擦離合片、制動盤，屬于摩擦離合片、制動領域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代航天航空、高速鐵路、公路交通及風力發(fā)電等領域的快速發(fā)展，對摩擦離合片及制動系統(tǒng)的重量、安全、振動和噪聲問題越來越關(guān)注。特別是在高速重載工況下，在不影響摩擦離合片及制動性能的前提下，對摩擦離合片及制動系統(tǒng)減重、減震、降噪、安全、舒適、耐磨的要求越來越高。一些功能與結(jié)構(gòu)一體化的新型材料，因其顯著的減震、降噪，、質(zhì)輕及卓越的摩擦、磨損性能吸引了國內(nèi)外學者的關(guān)注。

傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤、碳/碳復合材料制動盤、碳/陶復合材料制動盤、陶瓷顆粒增強鋁合金復合材料制動盤及在金屬表面涂覆耐磨層以提高耐磨性的制動盤，雖各有其優(yōu)缺點，但尋求一種整體性能良好的制動盤仍然成為業(yè)內(nèi)研究的熱點。

利用泡沫陶瓷特殊的拓撲幾何結(jié)構(gòu)所具有的各向同性及阻尼特性，與導熱性、散熱性、機械強度良好的鋁合金復合制作摩擦離合片、制動盤，是本發(fā)明人的一項發(fā)明。

本發(fā)明人2014年4月22日所報《一種用于軌道交通車輛的Al/SiC和Cu/SiC復合材料摩擦副及其制備方法》專利，更多涉及的的摩擦對偶及制備，而且只涉及了單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤，而沒有涉及雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)摩擦離合片、制動盤及雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)摩擦離合片、制動盤，摩擦面層中碳化硅泡沫陶瓷的厚度缺少5mm以下部分，并且只涉及鋁合金材料而缺少其它輕金屬材料，制作方法也只有低壓鑄造一次成型，而缺少其它成型方式。

本發(fā)明人2014年5月9日所報《一種公路車輛用碳化硅泡沫陶瓷/鋁合金復合材料制動盤及制備方法》專利中，只涉及雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤，而沒有單摩擦面層結(jié)構(gòu)摩擦離合片、制動盤及雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)摩擦離合片、制動盤，摩擦面層中碳化硅泡沫陶瓷的厚度缺少5mm以下部分，并且只涉及鋁合金材料而缺少其它輕金屬材料，制作方法只有低壓鑄造一次成型，而缺少其它的成型方式。

因此，盡快完善摩擦面層中碳化硅泡沫陶瓷的厚度缺失；完善制動盤不同摩擦面層的結(jié)構(gòu)形式；完善制動盤金屬基體所用材料；完善不同的成型方法；及完善制動盤金屬基體強度的增強方法，成為了本發(fā)明人的首要工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料摩擦離合片、制動盤，可滿足于包含但不局限于飛機、軌道交通車輛、公路交通車輛、船舶等運動機械設備的摩擦離合、制動需求。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料摩擦離合片、制動盤，其關(guān)鍵技術(shù)點在于，其包括金屬基體，所述金屬基體設有一個或兩個摩擦面層，所述摩擦面層為泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料摩擦面層。

作為本發(fā)明進一步的改進，選自任一如下結(jié)構(gòu)：

A．所述金屬基體設有一個摩擦面層，所述金屬基體包括金屬盤以及設置于所述金屬盤一側(cè)的各種板狀、塊狀、柱狀散熱筋，所述摩擦面層和所述散熱筋分別設置在所述金屬盤兩側(cè)；

B．所述金屬基體設有兩個摩擦面層，所述金屬基體包括金屬盤，所述兩個摩擦面層分別設置在所述金屬盤兩側(cè)，即俗稱的通體盤結(jié)構(gòu)制動盤；

C．所述金屬基體設有兩個摩擦面層，所述金屬基體包括兩個金屬盤以及連接所述兩個金屬盤的連接體，所述兩個摩擦面層分別設置在所述金屬盤的外側(cè)，所述連接體為各種板狀、塊狀、柱狀散熱筋，即俗稱的通風盤結(jié)構(gòu)制動盤。

作為本發(fā)明進一步的改進，摩擦面層開設有通風槽和/或通風孔，所述通風槽沿摩擦面層的徑向方向開設，所述通風槽在徑向方向為直線或是曲線形狀，所述通風孔沿摩擦面層的軸向方向開設，所述通風孔為通孔和/或非通孔。

作為本發(fā)明進一步的改進，所述摩擦面層包括一塊或多塊平面布設的厚度為2~9mm的泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料。

作為本發(fā)明進一步的改進，所述泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料包括泡沫陶瓷和填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬。

所述泡沫陶瓷是采用前驅(qū)體法、模板法、發(fā)泡法、3D打印等方法制備的在三維方向上即無規(guī)則又互聯(lián)互通的陶瓷骨架空腔單元特殊的拓撲幾何結(jié)構(gòu)形式的排列組合。所述陶瓷骨架空腔單元在二維xy、xz、yz方向上的面積為1~16 mm2，z方向的高度為2~9 mm。陶瓷骨架的筋的截面，依制備方法不同，有空心的及實心的之分。

作為本發(fā)明進一步的改進，所述泡沫陶瓷占復合材料摩擦面層面積的5~60％，輕金屬占制動盤復合材料摩擦面層面積的95~40％。

作為本發(fā)明進一步的改進，所述泡沫陶瓷由選自碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和金屬陶瓷任一種或兩種以上的復相陶瓷、塞?。⊿ialon）陶瓷制成。所述碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷，除使用液相燒結(jié)方法制備的陶瓷外，其他的都是單項陶瓷含量在95%以上的高純工業(yè)陶瓷。

作為本發(fā)明進一步的改進，所述泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料中的輕金屬包括鈦、鎂、鋁及其合金，以及添加其它材料增強的輕金屬及其合金。所述的添加其他材料增強的輕金屬選自添加石墨、納米碳管或各種陶瓷顆粒增強的輕金屬。

作為本發(fā)明進一步的改進，所述金屬基體的材質(zhì)可以是各種黑色金屬、輕金屬鈦、鎂、鋁及其合金，以及添加其它材料增強的輕金屬及其合金。所述的添加其他材料增強的輕金屬選自添加石墨、納米碳管或各種陶瓷顆粒增強的輕金屬。

作為本發(fā)明進一步的改進，通過以下任一種方法制備：

方法一：將泡沫陶瓷放入模具，添加加熱后的輕金屬，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種一次成型完成；

方法二：將泡沫陶瓷和增強金屬基體強度用的金屬網(wǎng)格放入模具，添加加熱后的輕金屬，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種一次成型完成；

方法三：

a．先將泡沫陶瓷放入模具，添加加熱后的輕金屬，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種制備成復合材料摩擦面層；

b．然后將加熱后的金屬基體材質(zhì)物料，放入模具中，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種制備成金屬基體；

c．最后將復合材料摩擦面層和金屬基體通過鑲嵌、焊接、復合鑄造、鉚接等工藝中之一種或多種二次成型完成。

方法四：

a．先將泡沫陶瓷放入模具，添加加熱后的輕金屬，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種制備成復合材料摩擦面層；

b．將增強金屬基體強度用的金屬網(wǎng)格放入模具中，加入加熱后的金屬基體材質(zhì)物料，經(jīng)擠壓、模鍛、鑄造等工藝中之一種或多種制備成金屬基體，

c．最后將復合材料摩擦面層和金屬基體通過鑲嵌、焊接、復合鑄造、鉚接等工藝中之一種或多種二次成型完成。

所述的增強金屬基體強度用的金屬網(wǎng)格選自邊框厚度0.5~3 mm、高度2~30 mm，每平方厘米有1~30個網(wǎng)格的網(wǎng)格狀金屬。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所取得的有益效果如下：

1．本發(fā)明充分發(fā)揮工業(yè)陶瓷高硬度、高耐磨、耐高溫，及輕金屬質(zhì)輕、減重、強度高、韌性好的特點，通過適當工藝，將工業(yè)陶瓷制備成具有泡沫陶瓷，然后與輕金屬復合，制備成兼具兩者特性的新型制動盤。

2．本發(fā)明制動盤的摩擦面層是由前述泡沫陶瓷骨架與填充于其間的輕金屬或其合金復合而成。泡沫陶瓷在三維方向即無規(guī)則又互聯(lián)互通，通過適宜的擠壓、鑄造、模鍛工藝，就可將輕金屬與泡沫陶瓷復合在一起，使得填充于其間的輕金屬或其合金與泡沫陶瓷也處于互聯(lián)互通互鎖狀態(tài)。泡沫陶瓷將復合材料中的輕金屬限制在了狹小范圍內(nèi)，抑制了輕金屬在制動時的高溫軟化和粘接、撕扯脫落，提高了復合材料摩擦面層的耐高溫能力。

3．本發(fā)明涉及的復合材料制動盤可將金屬的優(yōu)良塑性、導熱性、強度等，與泡沫陶瓷增強體在三維方向上的各向同性、阻尼特性以及承受冷、熱載荷、動、靜載荷、抗摩擦磨損的能力結(jié)合起來，使其具有良好的減振，抗熱衰退性和摩擦性能，能夠長期承受很大的冷、熱載荷、動、靜載荷和無序載荷，在航空航天、軌道及公路交通運輸、機械等領域的摩擦離合片、制動具有很好的應用前景。

4．本發(fā)明提供的制動盤，與現(xiàn)有在用的合成閘片、粉末冶金閘片及其它如碳碳閘片、碳陶閘片等做成對偶進行摩擦制動時，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.2~0.5之間，可完全滿足飛機、軌道交通車輛、公路交通車輛、各種運動機械等的使用要求。

附圖說明

附圖1-1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖1-2為本發(fā)明實施例1的側(cè)視圖；

附圖2-1為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2-2為本發(fā)明實施例2的剖視圖；

附圖3-1為本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3-2為本發(fā)明實施例3的側(cè)視圖；

附圖4為本發(fā)明摩擦面層包括多塊復合材料層塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5-1為本發(fā)明摩擦面層開設直線形通風槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5-2為本發(fā)明摩擦面層開設曲線形通風槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6-1為本發(fā)明摩擦面層開設非通孔通風孔的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6-2為6-1中A-A剖視圖；

附圖6-3為本發(fā)明摩擦面層開設通孔通風孔的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6-4為6-3剖視圖；

附圖7為本發(fā)明泡沫陶瓷的結(jié)構(gòu)示意圖；

在附圖中：

1金屬基體、2摩擦面層、3散熱筋、4通風槽、5通風孔。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步詳細的敘述。

以下實施例所用的泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料包括泡沫陶瓷和填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬，如附圖7所示。所述泡沫陶瓷是采用前驅(qū)體法、模板法、發(fā)泡法、3D打印等方法制備的在三維方向上即無規(guī)則又互聯(lián)互通的陶瓷骨架空腔單元特殊的拓撲幾何結(jié)構(gòu)形式的排列組合。所述陶瓷骨架空腔單元二維xy、xz、yz方向上的面積為1~16 mm2，z方向的高度為2~9 mm。所述泡沫陶瓷占復合材料摩擦面層面積的5~60％，輕金屬占制動盤復合材料摩擦面層面積的95~40％。

以下實施例中可以根據(jù)需要，在摩擦面層上開設通風槽4，如附圖5-1所示，通風槽4在徑向方向為直線形狀，如附圖5-2所示，通風槽4在徑向方向為曲線形狀。

以下實施例中可以根據(jù)需要，在摩擦面層2上開設通風孔5，如附圖6-1和6-2所示，通風孔5為非通孔形式，如附圖6-3和6-4所示，通風孔5為通孔形式。

實施例1 不同輕金屬二次成型的單摩擦面結(jié)構(gòu)制動盤

參見附圖1-1和1-2所示，本實施例提供的一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料制動盤，其包括金屬基體1，所述金屬基體1設有一個摩擦面層2，所述金屬基體1包括金屬盤以及設置于所述金屬盤一側(cè)的散熱筋3，所述摩擦面層2和所述散熱筋3分別設置在所述金屬盤的兩側(cè)，即在金屬盤的一側(cè)設置有摩擦面層2，所述金屬盤與摩擦面層2相對的背面一側(cè)有散熱筋3。所述的摩擦面層2為泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料摩擦面層，摩擦面層2由平面布設的兩塊泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料組成，兩塊復合材料摩擦面層2由兩個徑向方向形狀為直線的通風槽4隔離開。

本實施例中泡沫陶瓷為95氧化鋁陶瓷骨架，本實施例中填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬為2024鋁合金，本實施例中的金屬基體為內(nèi)置黑色金屬網(wǎng)格的A350鎂合金，具體通過以下方法制成：

第一步：按設計要求，將購于宜興市超盛陶瓷有限公司的95氧化鋁泡沫陶瓷骨架，按制動盤圖紙制備出相應的形狀，根據(jù)需要也可對陶瓷表面進行相應的表面處理；

第二步：將切割好的相應形狀的95氧化鋁泡沫陶瓷骨架放入預熱至250±10℃的壓力鑄造模具中；

第三步：將加熱至690±10℃的2024鋁合金，通過施加5~70MPa的壓力，與放入壓力鑄造模具中的95氧化鋁泡沫陶瓷骨架結(jié)合在一起，形成95氧化鋁泡沫陶瓷骨架增強2024鋁合金摩擦面層塊。該摩擦面層塊可以是整圓的，也可以是根據(jù)設計要求的各種其他形狀。根據(jù)需要，可在摩擦面層塊上一體鑄出各種形狀的通風孔、鉚接孔，熱處理、機加工后備用；

第四步：將用于增強輕金屬強度的黑色金屬網(wǎng)格放入鍛造模具中，將已預熱的A350鎂合金，通過模鍛的方法，與黑色金屬網(wǎng)格一體制成背面有各種設定形狀散熱筋的制動盤金屬基體。制動盤金屬基體也可以根據(jù)設計要求，一體鍛出各種形狀的通風孔、鉚接孔，熱處理、機加工后備用；

第五步：通過鑲嵌、摩擦焊或是鉚接中之一種或多種工藝，將制備好的摩擦面層塊與制動盤金屬基體結(jié)合在一起，精細加工后制成成品。

本實施例制備的單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤，相比傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤減重60%左右，相比其他材料制動盤，制作工藝更加簡單、加工余量更少、成本更低、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)更加容易，并能很好地滿足相應的摩擦、制動工況要求。在當今節(jié)能減排、輕量化大背景下，無疑是傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤的良好替代品。

實施例2 由相同金屬一次成型的雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)制動盤

參見附圖2-1和2-2所示，本實施例提供的一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料制動盤，其包括金屬基體1，所述金屬基體1設有兩個摩擦面層2，所述金屬基體1包括金屬盤，所述兩個摩擦面層2分別設置在所述金屬盤兩側(cè)，即兩摩擦面層由之間的金屬盤將其連接在一起。摩擦面層2由一整塊泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料組成。

本實施例泡沫陶瓷為氮化硅泡沫陶瓷骨架，填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬和金屬基體為7075鋁合金，具體制備方法如下：

第一步：按設計要求，將購于石家莊惠含密封材料廠的氮化硅泡沫陶瓷骨架，按要求制備成相應的制動盤所需形狀，根據(jù)需要也可對陶瓷表面進行相應的表面處理；

第二步：根據(jù)制動盤的形狀 ，設計出低壓鑄造雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)制動盤的模具。該模具包含有放置氮化硅泡沫陶瓷骨架的型腔，將相應形狀的氮化硅泡沫陶瓷骨架，放入壓力鑄造機模具的型腔中；

第三步：將熔融的7075鋁合金，按低壓鑄造工藝進行制備。其具體工藝如下：在制動盤模具溫度200~500℃，鋁合金熔液溫度650~750℃時，將氮化硅泡沫陶瓷骨架放入低壓鑄造機模具的型腔中開始低壓鑄造。升液階段，加壓時間1~12秒，充型階段，金屬液面上升速度1~10 mm/s，充型的鋁合金熔液重量為1~10 kg/s，充型時間2~20秒，充型增壓速度為0.004~0.030 MPa/s；增壓階段，在充型增壓值基礎上再增壓0.010~0.035 MPa，保壓時間5~60秒；保壓凝固階段，時間為20~500秒。冷卻后，得到兩摩擦面層是由之間的金屬將其連接在一起的雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)制動盤；

第四部：將制備好的雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)制動盤直接放入為此而設計的模鍛模具的型腔中，施加5~100 MPa的壓力，以提高雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)制動盤密實度；

第五步：將通過低力鑄造工藝和模鍛工藝得到的氮化硅泡沫陶瓷增強7075鋁合金雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)制動盤，按7075鋁合金相應熱處理工藝進行熱處理；

第六步：將按相應工藝進行熱處理后的氮化硅泡沫陶瓷增強7075鋁合金雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)制動盤，精細加工后得到成品；

使用本方法制備的雙摩擦面層通體盤結(jié)構(gòu)制動盤，相比傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤減重60%左右，相比其他材料制動盤，制作工藝更加簡單、加工余量更少、成本更低、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)更加容易，并能很好地滿足相應的摩擦、制動工況要求。在當今節(jié)能減排、輕量化大背景下，無疑是傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤的良好替代品。

實施例 3 由相同金屬一次成型的雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤

參見附圖3-1和3-2所示，本實施例提供的一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料制動盤，其包括金屬基體1，所述金屬基體1設有兩個摩擦面層2，所述金屬基體1包括兩個金屬盤以及連接所述兩個金屬盤的散熱筋3，所述兩個摩擦面層2分別設置在所述金屬盤的外側(cè)。摩擦面層2由一整塊泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料組成。

本實施例的泡沫陶瓷為碳化硅含量在97%以上的碳化硅泡沫陶瓷骨架，填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬和金屬基體為ZL111鋁合金。本實施例以整體一次低壓鑄造而成，具體如下：

第一步：按設計要求，將購于石家莊東大匯通新材料有限公司的碳化硅泡沫陶瓷骨架，按要求制備成相應的制動盤所需形狀，根據(jù)需要也可對陶瓷表面進行相應的表面處理；

第二步：根據(jù)制動盤的形狀 ，設計出可低壓鑄造雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤的模具。該模具包含有放置碳化硅泡沫陶瓷骨架及制備雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤所用砂芯的型腔；

第三步：將相應形狀的碳化硅泡沫陶瓷骨架和砂芯按順序及要求依次放入低壓鑄造機模具的型腔中；

第四部：根據(jù)設定工藝，將熔融的ZL111鋁合金，低壓鑄入放有碳化硅泡沫陶瓷骨架和砂芯的型腔中。其具體工藝如下：在制動盤模具溫度200~500℃，鋁合金熔液溫度650~750℃時，將碳化硅泡沫陶瓷骨架和砂芯按順序及要求依次放入低壓鑄造機模具的型腔中開始低壓鑄造。升液階段，加壓時間1~12秒，充型階段，金屬液面上升速度1~10 mm/s，充型的鋁合金熔液重量為1~10 kg/s，充型時間2~20秒，充型增壓速度為0.004~0.030 MPa/s；增壓階段，在充型增壓值基礎上再增壓0.010~0.035 MPa，保壓時間5~60秒；保壓凝固階段，時間為20~500秒。冷卻后，得到兩摩擦面層是由之間的金屬及散熱筋將其連接在一起的雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤；

第五步：將按低壓鑄造工藝得到的碳化硅泡沫陶瓷骨架增強ZL111鋁合金雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤，按ZL111鋁合金相應工藝進行熱處理；

第六步：將按相應工藝進行熱處理后的碳化硅泡沫陶瓷骨架增強ZL111鋁合金雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤，精細加工后得到成品。

使用本方法制備的雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤，相比傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤減重60%左右，相比其他材料制動盤，制作工藝更加簡單、加工余量更少、成本更低、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)更加容易，并能很好地滿足相應的摩擦、制動工況要求。在當今節(jié)能減排、輕量化大背景下，無疑是傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤的良好替代品。

實施例4 由不同金屬二次成型的雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤

本實施例提供的一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料制動盤，其包括金屬基體1，所述金屬基體1設有兩個摩擦面層2，所述金屬基體1包括兩個金屬盤以及連接所述兩個金屬盤的散熱筋3，所述兩個摩擦面層2分別設置在所述金屬盤的外側(cè)。摩擦面層2由9塊泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料摩擦層塊組成。

本實施例的泡沫陶瓷骨架為碳化硅含量在97%以上的碳化硅泡沫陶瓷，填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬為ZL117,金屬基體為ZL116鋁合金。本實施例以復合鑄造而成，具體如下：

第一步：按設計要求，將制動盤摩擦面層分成9等份，并制備出相應形狀的碳化硅泡沫陶瓷骨架，根據(jù)需要也可對陶瓷表面進行相應的表面處理；

第二步：按9等份后的制動盤摩擦面層塊的尺寸設計壓力鑄造模具；

第三步：將制備好的相應尺寸、形狀的碳化硅泡沫陶瓷骨架，放入壓力鑄造模具中。然后按設定工藝，將熔融的ZL117鋁合金，壓入放有碳化硅泡沫陶瓷骨架的型腔中。冷卻后，得到相應尺寸的摩擦面層塊，取出備用；

第四步：根據(jù)制動盤的尺寸、形狀 ，設計出可重力鑄造雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤的砂模。該砂模中包含有放置碳化硅泡沫陶瓷骨架增強ZL117鋁合金摩擦面層塊及制備雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤所用砂芯的型腔；

第五步：將碳化硅泡沫陶瓷骨架增強ZL117鋁合金摩擦面層塊及制備雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤的砂芯放入重力鑄造制動盤砂模的型腔中，澆入熔融的ZL116鋁合金，冷卻后，得到由復合鑄造工藝制得的、雙摩擦面層是碳化硅泡沫陶瓷骨架增強ZL117鋁合金復合材料，金屬基體是ZL116形成的雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤；

第六步：將按復合鑄造工藝得到的雙摩擦面層是碳化硅泡沫陶瓷骨架增強ZL117鋁合金復合材料，金屬基體是ZL116形成的雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤，按ZL116相應的T5工藝進行熱處理；

第七步：將按相應工藝進行熱處理后的雙摩擦面層是碳化硅泡沫陶瓷骨架增強ZL117鋁合金復合材料，金屬基體是ZL116的雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤，精細加工后得到成品。

使用本方法制備的雙摩擦面層通風盤結(jié)構(gòu)制動盤，相比傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤減重60%左右，相比其他材料制動盤，摩擦面層更加耐磨，基體強度更高，制作工藝簡單、加工余量更少、成本更低、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)更加容易，并能很好地滿足相應的摩擦、制動工況要求。在當今節(jié)能減排、輕量化大背景下，無疑是傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤的良好替代品。

實施例5 一次成型的單摩擦面結(jié)構(gòu)制動盤

本實施例提供的一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料制動盤，其包括金屬基體1，所述金屬基體1設有一個摩擦面層2，所述金屬基體1包括金屬盤以及設置于所述金屬盤一側(cè)的散熱筋3，所述金屬基體1和所述散熱筋3分別設置在所述金屬盤兩側(cè)，即在金屬盤的一側(cè)設置有摩擦面層2，所述金屬盤與摩擦面層2相對的背面一側(cè)有散熱筋3。所述的摩擦面層2為泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料摩擦面層。

本實施例的泡沫陶瓷骨架為碳化硅含量在97%以上的碳化硅陶瓷，填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬和金屬基體為Ti-6Al-4V鈦合金。具體方法如下:

第一步：按設計要求，制備出相應形狀的碳化硅泡沫陶瓷骨架，根據(jù)需要對陶瓷表面進行相應的表面處理

第二步：依據(jù)鈦合金鑄造特性及方法，設計、制備出可一體鑄出各種形狀的通風孔、鉚接孔，背面又有各種設定形狀散熱筋的鑄造模具，該鑄造模具可形成1000Pa以內(nèi)的負壓

第三步：將碳化硅泡沫陶瓷骨架放入鑄造模具中

第四步：將鑄造模具抽成1000Pa真空，然后將熔融的Ti-6Al-4V鈦合金，鑄入放有碳化硅泡沫陶瓷骨架的鑄造模具中，將碳化硅泡沫陶瓷骨架與Ti-6Al-4V鈦合金結(jié)合在一起，形成具有碳化硅泡沫陶瓷骨架增強Ti-6Al-4V鈦合金摩擦面層的單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤。該摩擦面層可以是整圓，也可以是根據(jù)設計要求的各種其他形狀。

第五步：將一次鑄造成型完成的碳化硅泡沫陶瓷骨架增強Ti-6Al-4V鈦合金單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤，按Ti-6Al-4V鈦合金的熱處理工藝進行熱處理

第六步：將按Ti-6Al-4V鈦合金的熱處理工藝進行熱處理后的碳化硅泡沫陶瓷骨架增強Ti-6Al-4V鈦合金單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤，精細加工后制成成品

使用本方法制備的單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤，相比傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤不但減重50%左右，而且強度更高，耐用溫度更高，完全能夠滿足高鐵列車制動要求。相比其他材料，比如碳/碳、碳/陶制動盤，制作工藝更加簡單、加工余量更少、成本更低、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)更加容易。相比其他輕金屬復合材料制動盤，比如鋁合金、鎂合金復合材料制動盤，能耐受更復雜工況、更高溫度條件下的摩擦、制動要求。在當今節(jié)能減排、輕量化大背景下，無疑是傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤的良好替代品。

實施例6 一次成型金屬網(wǎng)格增強輕金屬基體的單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤

本實施例提供的一種泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料制動盤，其包括金屬基體1，所述金屬基體1設有一個摩擦面層2，所述金屬基體1包括金屬盤以及設置于所述金屬盤一側(cè)的散熱筋3，所述金屬基體1和所述散熱筋3分別設置在所述金屬盤兩側(cè)，即在金屬盤的一側(cè)設置有摩擦面層2，所述金屬盤與摩擦面層2相對的背面一側(cè)有加散熱筋3。所述的摩擦面層2為泡沫陶瓷增強輕金屬復合材料摩擦面層。

本實施例的泡沫陶瓷為95氧化鋁泡沫陶瓷骨架，填充于所述泡沫陶瓷內(nèi)的輕金屬和金屬基體為YL117鋁合金。具體方法如下:

第一步：按設計要求，制備出相應形狀的95氧化鋁泡沫陶瓷骨架，根據(jù)需要也可對陶瓷表面進行相應的表面處理。

第二步：根據(jù)制動盤的形狀 ，設計出可一體壓鑄的模具。該壓鑄模具包含有放置95氧化鋁泡沫陶瓷骨架及黑色金屬網(wǎng)格的型腔、以及預制好通風孔、通風槽的模塊，模具的上模制備成可一體壓鑄各種設定形狀的散熱筋和通風孔的形狀。

第三步：將95氧化鋁泡沫陶瓷骨架及用于增強YL117鋁合金的黑色金屬網(wǎng)格依次放入壓鑄模具中，施加5~100 MPa的壓力，將熔融的YL117，壓入放有95氧化鋁泡沫陶瓷骨架及黑色金屬網(wǎng)格的模具型腔中，將YL117鋁合金與95氧化鋁泡沫陶瓷骨架及黑色金屬網(wǎng)格結(jié)合在一起，形成既有95氧化鋁泡沫陶瓷骨架增強YL117鋁合金摩擦面層，又有黑色金屬網(wǎng)格增強YL117鋁合金金屬基體及各種形狀的散熱筋、通風孔的整體式單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤。

第四步：將通過壓鑄工藝得到的YL117鋁合金整體式單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤，按YL117鋁合金有關(guān)工藝進行熱處理。

第五步：將按有關(guān)工藝進行熱處理后的YL117鋁合金整體式單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤，精細加工后制成成品。

使用本方法制備的單摩擦面層結(jié)構(gòu)制動盤，相比傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤減重55%左右，相比其他材料制動盤，制作工藝更加簡單、加工余量更少、成本更低、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)更加容易，并能很好地滿足相應的摩擦、制動工況要求。在當今節(jié)能減排、輕量化大背景下，無疑是傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動盤的良好替代品。

本領域技術(shù)人員應當理解附圖7僅為示意性的，并不能用來限定本申請的范圍，陶瓷骨架空腔單元在三維方向的任意拓撲幾何結(jié)構(gòu)形式，均可適用于本發(fā)明的技術(shù)方案，并實現(xiàn)本發(fā)明的目的。

以上所述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而并非本發(fā)明可行實施的窮舉。對于本領域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對其所作出的任何顯而易見的改動，都應當被認為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。